水工建筑殘積土混合料的導水率研究

胡 聰

(安慶市水利工程質量監督站，安徽 安慶 246003)

過去幾十年來，由于優質建設用土越來越短缺，工程技術人員尋找建設用土替代品的工作，擺在越來越重要的位置。尋找建筑新材料過程中，相關科研人員通過開發新的混合材料如土壤-水泥混合物來實現[1]。水泥土混合物在環境保護領域還常用作固化含有危險廢物和污泥[2]。類似于大多數泥漿護壁技術，可以用導水率約5×10-7cm/s的水泥土建造防護外墻。因此，以水泥作為改性材料，將其與殘積土樣品混合，得到不同比例的改性土壤。土壤在自然環境中的導水率較難測量，在實驗室小試規模，通過測量土壤柱的流速，可測定土壤的導水率，由此考察實際的土壤導水率，并與水泥土改性后的預測值進行比較，以研究殘余水泥中水泥摻入對導水率的影響。確定水泥變異率對殘積土滲透系數。

1 材料與方法

1.1 樣品制備

土壤采自安徽丘陵地區為，以原樣未受污染為研究對象。水泥摻混對剩余水導率影響的研究進行土壤處理。與未含水泥的殘積土的水力傳導系數進行了比較。在這項研究中使用的范圍為1%, 3%, 5%和10%的水泥。

實驗室小試階段，殘積土的采樣與紙樣過程如下：用鋤頭挖取地表以下0.2m深度的土壤，充分攪拌并分散。置于烘箱，105℃烘干后備用。實驗用水為去離子水。依據粒度分析，阿特伯格極限，比重和水力傳導系數對天然殘積土的工程性質進行分類。添加殘積土質量的1%, 3%, 5%和10%的水泥，將這些水泥摻入土壤中制成改性土壤試樣。表1顯示了用于實驗室測試的土壤水泥取樣。水泥為市售普通水泥。以未添加水泥的土壤為對照組，對土壤樣品進行了相關測試。

表1 不同土壤類型的強度和滲透性

在進行導水率測試之前，土壤水泥混合樣品與水泥采用標準普羅克壓實法對其含水量進行壓實。此過程歷時30d，空白樣為24h。為飽和固化留出足夠的時間。完全水合的土壤水泥混合樣中的水分占自身重量的20%。水泥穩定材料在含水份量較高的情況下，水泥固化較易。隨著水分含量的降低，水泥與土壤競爭水分，若土壤具有較高的吸水性能，比水泥具有更大的水親和力；導致水泥水合不完全[3]。隨水泥土含水率的降低，土壤含水量水泥的水合率也降低[4]。因此，必須進行適當的固化工藝來克服水分不足的缺點。

表2 測試樣品

1.2 檢測方法

依據我國現行有效建筑材料及標準，進行一系列的物理試驗[5-10]。

2 導水率參數確定

根據下降水頭滲透試驗，對原土的滲透系數為4.16×10-8m/s。由圖1可見，水泥添加量為1%，3%，5%時，樣品滲透系數分別為3.89×10-8m/s，2.78×10-8m/s，6.83×10-9m/s。但10%的水泥添加量使樣品滲透系數增加到2.78×10-8m/s。

圖1 殘積土水泥添加量與導水率關系

剩余土的顯著特征是粉沙、沙土和粘土以不同比例的混合物。粒度分析表明，殘積土由于包含各種顆粒，因此具有表現出文理多樣性，不同殘積土獲得的結果存在差異。這可能是由于風化過程，受貯藏時間和條件的影響，殘積土的結構容易破壞[11]。新鮮殘積土一般觀察到最初是軟的，隨著時間的推移進一步硬化。因此，同一樣品在新鮮狀態下的粒度分布可能與風化狀態的粒度分布不同。Cu>5，表明級配良好的土壤和CK在0.5～2之間也表現出良好的級配土壤。本文選用的殘積土樣品是一個基于塑性指數的低塑性土，它是一種粉質土，細砂具有輕微可塑性。比重為2.63。大多數無機土的固體物質的比重在2.60和2.80之間變化。壓實產生的土壤干密度主要取決于土壤的含水量和壓實量。每種土壤都有其獨特的最佳含水量，主要取決于其所含的塑料細粒的數量和類型。然而，作為最佳的水分含量取決于壓實的程度。對照樣的水力傳導系數為4.16×10-8m/s，土壤質地非常微小的孔隙導致導水率較小，如圖1所示。對水泥土的滲透系數受由水泥添加量影響顯著。滲透系數從3.89×10-8m/s開始逐漸降低至2.78×10-8m/s，6.83×10-9m/s。在水泥水化過程中，水泥水化形成后pH值的增加和Ca(OH)2的濃度可以打破粘土顆粒和游離硅和鋁聯合鈣形成水合物[12]。因此，這將導致殘積土孔徑的大小和分布的改變。當水泥用量增加，孔隙尺寸減小。1%, 3%和5%的水泥添加量，孔隙逐漸縮小。此外，在殘積土固化過程中，孔隙的大小可以最小化，水力傳導系數將減小，水泥土有較高的強度和剛度。但是，圖1還表明，10%水泥添加量使水泥的孔徑增加導水率增加到2.78×10-8m/s。這是因為當水泥含量超過9%時，由于絮凝和團聚反應，水泥的孔徑增加。所以土壤的導水率增加。

3 結束語

通過添加穩定劑可以改變土壤的導水率等性質，是尋找提高土壤強度和抗軟化的主要方法。在這種情況下，水泥被用作粘結劑。它通過將顆粒粘合在一起來穩定土壤，從而減少水對結構的影響。這種穩定劑的有效性取決于穩定基質的強度；在土壤和基質之間形成的粘合劑上，以及粘結在一起的單個顆粒或團聚物上。與1%, 3%和10%的水泥添加量相比，水泥改性殘積土的最佳摻量為5%。